JPH0533685A - Engine - Google Patents

Engine

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JPH0533685A
JPH0533685A JP3212610A JP21261091A JPH0533685A JP H0533685 A JPH0533685 A JP H0533685A JP 3212610 A JP3212610 A JP 3212610A JP 21261091 A JP21261091 A JP 21261091A JP H0533685 A JPH0533685 A JP H0533685A
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JP
Japan
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chamber
sub
air
engine
fuel
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JP3212610A
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Japanese (ja)
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JP2992968B2 (en
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Mitsuo Hitomi
光夫 人見
Toshiharu Masuda
俊治 益田
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 低負荷域では空燃比を理論空燃比よりもリ−
ンに設定する一方で、高負荷域では負荷に応じて燃料混
合比率を徐々に大きくして負荷に応じて出力を得るよう
にしたエンジンを前提として、高負荷域での筒内温度を
低下させて熱効率を向上させる。 【構成】 エンジン1は副室20を有し、副室20は、
副室バルブ21によって開閉される副室ポ−ト20aが
燃焼室4に開口され、副室バルブ21は、高負荷域では
エンジンの出力軸に同期して所定のタイミングで開閉さ
れ、低負荷域では閉じ状態とされる。副室20内に閉じ
込められた混合気は、副室20で冷却され、この冷却さ
れた混合気は燃焼室4内の混合気と置換されて、燃焼室
4内の混合気はその温度が低下する。したがって、燃料
の混合比率が負荷に応じて大きくされる高負荷域では、
副室20の作用によって筒内温度が低下され、これによ
り熱効率が向上する。
(57) [Summary] (Modified) [Purpose] The air-fuel ratio is lower than the theoretical air-fuel ratio in the low load range.
On the other hand, in the high load range, the cylinder temperature in the high load range is lowered on the premise of an engine that gradually increases the fuel mixture ratio according to the load and obtains output according to the load. Improve thermal efficiency. [Configuration] The engine 1 has a sub chamber 20, and the sub chamber 20 is
The sub-chamber port 20a opened and closed by the sub-chamber valve 21 is opened to the combustion chamber 4, and the sub-chamber valve 21 is opened and closed at a predetermined timing in synchronization with the output shaft of the engine in the high load region, and the low load region. Then it is closed. The air-fuel mixture trapped in the sub-chamber 20 is cooled in the sub-chamber 20, the cooled air-fuel mixture is replaced with the air-fuel mixture in the combustion chamber 4, and the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 decreases. To do. Therefore, in the high load range where the fuel mixture ratio is increased according to the load,
Due to the action of the sub chamber 20, the temperature inside the cylinder is lowered, which improves the thermal efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン、つまり内燃
機関に関し、より詳しくはエンジンの熱効率を向上する
ようにしたものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine, that is, an internal combustion engine, and more particularly to an engine for improving the thermal efficiency of the engine.

【0002】[0002]

【従来技術】近時のエンジンは、燃料供給手段として、
燃料噴射弁が装着され、この燃料噴射弁を電子式のコン
トロ−ルユニットによって制御するようにしたものが多
くなっている(特公平2−36772号公報参照)。こ
の種のエンジンにあっては、混合気の空燃比(吸入空気
に対する燃料の混合比率)を自在に制御できるという利
点がある。ここに、上記特公平2−36772号公報に
は、理論空燃比よりもリ−ンに設定した空燃比の下でエ
ンジンを作動させるようにした、いわゆるリ−ンバ−ン
エンジンが開示されている。
2. Description of the Related Art Recently, engines have been used as fuel supply means.
In many cases, a fuel injection valve is mounted and the fuel injection valve is controlled by an electronic control unit (see Japanese Patent Publication No. 2-36772). In this type of engine, there is an advantage that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture (fuel mixture ratio with respect to intake air) can be freely controlled. Here, the Japanese Patent Publication No. 2-36772 discloses a so-called lean burn engine in which the engine is operated under an air-fuel ratio set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. ..

【0003】ところで、エンジンは、混合気の空燃比を
理論空燃比よりもリ−ンにする方が熱効率が良い。この
点について以下に詳しく説明する。
By the way, in the engine, it is more efficient to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. This point will be described in detail below.

【0004】エンジン、つまり内燃機関においては、燃
焼室に供給された燃料の燃焼に伴う圧力上昇(筒内圧力
の上昇ΔP)を利用して機械的仕事を取り出すようにな
っている。したがって、燃焼による筒内圧力の上昇ΔP
が大きいほど良く仕事をする、ということになる。ここ
に、上記筒内圧力の上昇ΔPは、等容燃焼を仮定すると
下記の式で表される。
In an engine, that is, an internal combustion engine, mechanical work is taken out by utilizing the pressure increase (increase ΔP in cylinder pressure) due to combustion of fuel supplied to a combustion chamber. Therefore, the cylinder pressure rise ΔP due to combustion
The larger the value, the better the job. Here, the increase ΔP of the in-cylinder pressure is represented by the following equation, assuming equal volume combustion.

【0005】 ΔP=(εR/V)x(Q/Cv )・・・(1)ΔP = (εR / V) × (Q / C v ) ... (1)

【0006】ここに、ε:圧縮比 R:ガス定数 Q:燃料の発熱量 V:燃焼室容積 Cv :定容比熱Where ε: compression ratio R: gas constant Q: calorific value of fuel V: combustion chamber volume C v : constant volume specific heat

【0007】次に、筒内圧力の上昇ΔPの温度変化を検
討する。上記式(1)を微分すると下記の式(2)とな
る。
Next, the temperature change of the rise in cylinder pressure ΔP will be examined. Differentiating the above equation (1) gives the following equation (2).

【0008】 d(ΔP)/dT=−(εR/V)X(Q/Cv 2)X(dCv /dT) ・・・(2)D (ΔP) / dT = − (εR / V) X (Q / C v 2 ) X (dC v / dT) (2)

【0009】ところで定容比熱Cv は温度が高くなる程
大きくなることが知られている(図1参照)。したがっ
て(dCv /dT)>0ということになり、上記式
(2)の右辺は負の値を持つことになる。
By the way, it is known that the constant volume specific heat C v increases as the temperature rises (see FIG. 1). Therefore, (dC v / dT)> 0, and the right side of the above equation (2) has a negative value.

【0010】つまり、d(ΔP)/dT<0となり、筒
内温度Tが高い程、筒内圧力の上昇ΔPが小さくなる。
換言すれば、筒内温度Tが低い程、筒内圧力の上昇ΔP
が大きくなって、良く仕事をすることになる。
That is, d (ΔP) / dT <0, and the higher the cylinder temperature T, the smaller the cylinder pressure increase ΔP.
In other words, the lower the cylinder temperature T, the higher the cylinder pressure ΔP.
Will grow up and work better.

【0011】次に、混合気の空燃比と、燃焼に伴う温度
上昇(筒内温度T)と、の関係について検討すると、空
燃比を理論空燃比よりもリ−ンすれば(リ−ンバ−ンエ
ンジンにあっては)、燃焼による発生熱量の一部が余剰
空気に吸収されるため、筒内温度Tは低くなる。勿論、
空燃比のリ−ン度合いが大きく程、余剰空気の量が多く
なるため、筒内温度Tは低くなる。
Next, considering the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the temperature rise (cylinder temperature T) accompanying combustion, if the air-fuel ratio is leaner than the theoretical air-fuel ratio (lean bar). In the case of an internal combustion engine), a portion of the amount of heat generated by combustion is absorbed by the surplus air, so the in-cylinder temperature T becomes low. Of course,
As the lean degree of the air-fuel ratio increases, the amount of surplus air increases, so the in-cylinder temperature T decreases.

【0012】以上の検討から明らかなように、リ−ンバ
−ンエンジン、つまり空燃比を理論空燃比よりもリ−ン
にしたときには、筒内温度Tが低くなり、これにより筒
内圧力の上昇ΔPが大きくなって、良く仕事をすること
になる。また、空燃比をリ−ンにする程、一層、良く仕
事をすることになる(熱効率が一層向上する)。
As is clear from the above examination, when the lean burn engine, that is, when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the cylinder temperature T becomes lower, which causes the cylinder pressure to rise. As ΔP increases, we will work well. Further, the leaner the air-fuel ratio is, the better the work is done (the thermal efficiency is further improved).

【0013】更に、現実的には、筒内温度Tが低下すれ
ば、燃焼室の壁面への熱伝達も減少し、冷却損失を低減
することができる。したがって、この冷却損失の面から
も空燃比をリ−ンにすればする程、熱効率が向上するこ
とになる。
Further, in reality, if the in-cylinder temperature T decreases, the heat transfer to the wall surface of the combustion chamber also decreases, and the cooling loss can be reduced. Therefore, also in terms of this cooling loss, the leaner the air-fuel ratio, the higher the thermal efficiency.

【0014】次に、リ−ンバ−ンエンジンにおける従来
の空燃比設定について説明する。図6は自然吸気(N
A)形式のエンジンについて表したものである。この図
6に示すように、低負荷域及び中負荷域(後に説明する
高負荷域との対比から、これら領域を以下に低負荷域と
いう)では、例えばA/F=18というように、混合気
の空燃比が所定のリ−ン空燃比となるように制御され、
高負荷域では徐々に燃料の混合比率を大きくして(空燃
比を徐々にリッチにする)、負荷に応じた出力を確保す
るのが通例とされている。尚、過給機付きエンジンにつ
いても同様である。
Next, the conventional air-fuel ratio setting in the lean burn engine will be described. Figure 6 shows natural aspiration (N
This is a representation of an A) type engine. As shown in FIG. 6, in the low load region and the medium load region (these regions are hereinafter referred to as the low load region in comparison with the high load region, which will be described later), mixing such as A / F = 18 is performed. The air-fuel ratio of the air is controlled to be a predetermined lean air-fuel ratio,
In the high load region, it is customary to gradually increase the fuel mixture ratio (gradually increase the air-fuel ratio) to secure an output according to the load. The same applies to the engine with the supercharger.

【0015】このようにリ−ンバ−ンエンジンにあって
も、高負荷域では負荷に応じて空燃比をリッチにする理
由は、吸気系の能力には限界があるためル−ンバ−ンの
ままでは十分な出力は出せないので燃料供給量のみを増
大させることで負荷に応じた出力を得るためであり、ま
た空燃比をリッチとすることで筒内温度を低下させるた
めでもある。
As described above, even in the lean burn engine, the reason why the air-fuel ratio is made rich according to the load in the high load region is that the capacity of the intake system is limited, so that Since the output cannot be sufficiently output as it is, the output according to the load can be obtained by increasing only the fuel supply amount, and the in-cylinder temperature can be reduced by making the air-fuel ratio rich.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高負荷
域で空燃比をリッチにするということは、この領域での
熱効率が低下することにほかならない。すなわち、低負
荷域において、せっかくリ−ン空燃比の下で熱効率を高
めているにも係らず、高負荷域で熱効率を低下させたの
では、エンジンの全体的な熱効率の向上効果が小さなも
のとなってしまう。
However, making the air-fuel ratio rich in the high load region is nothing but reducing the thermal efficiency in this region. In other words, in the low load region, even though the thermal efficiency is increased under the lean air-fuel ratio, if the thermal efficiency is reduced in the high load region, the effect of improving the overall thermal efficiency of the engine is small. Will be.

【0017】そこで、本発明の目的は、高負荷域で空燃
比を徐々にリッチにして負荷に応じた出力を確保するこ
とを前提として、この領域での筒内温度を低下させて熱
効率を高めるようにしたエンジンを提供することにあ
る。
Therefore, on the premise that the air-fuel ratio is gradually made rich in a high load region to secure an output according to the load, the object of the present invention is to lower the in-cylinder temperature in this region to enhance the thermal efficiency. The purpose is to provide the engine.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
べく、本発明にあっては、エンジンに供給される混合気
の空燃比を、低負荷域では理論空燃比よりもリ−ンに設
定する一方で、高負荷域では、負荷が大きくなる程、燃
料の混合比率を大きくすることによって負荷に応じた出
力を確保するようにしたエンジンを前提として、
In order to achieve the above technical object, in the present invention, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is made leaner than the theoretical air-fuel ratio in the low load region. On the other hand, in the high load region, on the other hand, in the high load range, the engine is designed to secure the output according to the load by increasing the fuel mixture ratio as the load increases,

【0019】前記エンジンの本体に形成され、燃焼室に
開口する副室と、該副室の開口を開閉する副室バルブ
と、を備え、前記副室バルブは、少なくとも前記高負荷
域において、圧縮行程の中期に開弁され、圧縮行程の終
期ないし爆発行程の初期の間に閉弁される構成としてあ
る。
A sub-chamber formed in the main body of the engine and opening to the combustion chamber and a sub-chamber valve for opening and closing the opening of the sub-chamber are provided, and the sub-chamber valve compresses at least in the high load region. The valve is opened in the middle of the stroke and closed during the end of the compression stroke or the beginning of the explosion stroke.

【0020】[0020]

【作用】上記の構成により、前記高負荷域では圧縮に伴
う熱い混合気が副室に封入され、この副室内で冷却され
る。そして副室内で冷やされた混合気は次の圧縮行程で
燃焼室内の混合気の一部と置換され、この結果燃焼室内
の混合気は冷却される(筒内温度の低下)。したがっ
て、副室に導入する混合気が高温である程、副室での冷
却効果が大きく、これにより筒内温度を大きく低下させ
ることが可能となる。
With the above construction, in the high load range, the hot air-fuel mixture due to compression is enclosed in the sub chamber and cooled in the sub chamber. Then, the air-fuel mixture cooled in the sub chamber is replaced with a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber in the next compression stroke, and as a result, the air-fuel mixture in the combustion chamber is cooled (the temperature inside the cylinder decreases). Therefore, the higher the temperature of the air-fuel mixture introduced into the sub-chamber, the greater the cooling effect in the sub-chamber, which makes it possible to greatly reduce the in-cylinder temperature.

【0021】ここに、筒内温度が低い程よく仕事をす
る、ということは前述のとおりである。この点を、別の
観点から再度説明すると、以下のとおりである。
As described above, the lower the in-cylinder temperature, the better the work. This point will be described below from another viewpoint.

【0022】いま、燃料の発熱量Qは下記の式で表され
る。 Q=Cv ・G・△T ・・・(3)
Now, the calorific value Q of the fuel is expressed by the following equation. Q = Cv ・ G ・ △ T ・ ・ ・ (3)

【0023】ここに、Cv :定容比熱 G:燃焼室に投入された混合気の質量 △T:燃焼に伴う温度上昇(筒内温度の上昇)Where Cv: constant volume specific heat G: mass of air-fuel mixture introduced into the combustion chamber ΔT: temperature rise due to combustion (increase in cylinder temperature)

【0024】上記(3)式を変形すると下記の(4)式
となる。 △T=Q/Cv ・G ・・・(4) この(4)式から理解されるように、Q、Gが一定とす
ると、Cv が小さい程、△Tは大となる。
When the above equation (3) is modified, the following equation (4) is obtained. ΔT = Q / Cv · G (4) As can be understood from the equation (4), when Q and G are constant, the smaller Cv is, the larger ΔT is.

【0025】ところで、前述したように、定容比熱Cv
は温度Tが高くなるに従って大きくなる(図1参照)。
換言すれば、筒内温度Tが小さい程、定容比熱Cv は小
さい。したがって、筒内温度Tが小さい程、燃焼に伴う
筒内温度の上昇△Tは大きいということになる。
By the way, as described above, the constant volume specific heat Cv
Increases as the temperature T increases (see FIG. 1).
In other words, the smaller the in-cylinder temperature T, the smaller the constant volume specific heat Cv. Therefore, the smaller the in-cylinder temperature T is, the larger the increase ΔT in the in-cylinder temperature due to combustion is.

【0026】ここに、筒内温度の上昇△Tが大きい程、
筒内圧力は大きく上昇(△Pが大きい)することから、
筒内温度Tが小さい程、筒内圧力はその上昇△Pが大き
いということになる。つまり、同一量の燃料を投入し、
得られた発熱量が同一としたときに、筒内温度Tが小さ
い程、筒内圧力の上昇△Pは大きく、したがって良く仕
事をする(熱効率が良い)、ということになる。
Here, the larger the temperature rise ΔT in the cylinder is,
Since the cylinder pressure greatly increases (ΔP is large),
The smaller the in-cylinder temperature T, the greater the increase in the in-cylinder pressure ΔP. In other words, put the same amount of fuel,
When the obtained calorific values are the same, the smaller the in-cylinder temperature T is, the larger the in-cylinder pressure increase ΔP is, and therefore the better the work is performed (the better the thermal efficiency is).

【0027】上記副室バルブに関し、この副室バルブの
閉じ時期を考察したときに、燃焼室内の混合気を圧縮す
ることによる温度上昇を最大限に利用するのであれば、
副室バルブの閉じ時期を圧縮上死点とすればよい。ある
いは、燃焼による圧力上昇をも最大限に利用するのであ
れば、副室バルブはできるだけ遅く閉じる方がよい(燃
焼最高圧力に達するクランク角は圧縮上死点後(ATD
C)約30deg)。
Regarding the sub chamber valve, when considering the closing timing of the sub chamber valve, if the temperature rise due to compression of the air-fuel mixture in the combustion chamber is to be utilized to the maximum,
The closing timing of the sub chamber valve may be set to the compression top dead center. Alternatively, if the pressure increase due to combustion is also used to the maximum extent, it is better to close the sub chamber valve as late as possible (the crank angle that reaches the maximum combustion pressure is after compression top dead center (ATD
C) About 30 deg).

【0028】ここに、現実の燃焼状態は、図2の指圧線
図が示すように、各サイクル毎に大きく変動している。
したがって、筒内圧力の偏差(バラツキ)が大きいとき
まで副室バルブを開いていたのでは、副室内に閉じ込め
られる混合気は、その圧力、密度、温度が各サイクル毎
に変動することとなって好ましくない。
Here, the actual combustion state varies greatly with each cycle, as shown in the acupressure diagram of FIG.
Therefore, if the sub chamber valve was opened until the deviation (variation) of the in-cylinder pressure was large, the pressure, density, and temperature of the air-fuel mixture trapped in the sub chamber would fluctuate in each cycle. Not preferable.

【0029】かかる観点から図2を検討すると、この図
2に示すエンジン仕様及び運転条件の例では、燃焼室内
の圧力変動が発生する時期は、点火時期後約20deg
前後経過した後である。したがって、燃焼に伴う圧力上
昇の偏差(バラツキ)が発生する直前に副室バルブを閉
じれば、燃焼変動の影響を抑えつつ混合気の冷却効果を
高めることが可能となる。他方、燃焼に伴う圧力変動の
影響を受けないようにするのであれば、点火時期近傍で
副室バルブを閉じればよい。つまり、圧縮行程の終期で
副室バルブを閉じればよい。
Considering FIG. 2 from this point of view, in the example of engine specifications and operating conditions shown in FIG. 2, the pressure fluctuation in the combustion chamber occurs about 20 deg after the ignition timing.
It is after a while. Therefore, if the sub-chamber valve is closed immediately before the deviation (variation) of the pressure increase due to combustion occurs, it is possible to suppress the influence of combustion fluctuation and enhance the cooling effect of the air-fuel mixture. On the other hand, if the influence of the pressure fluctuation due to the combustion is to be avoided, the sub chamber valve may be closed near the ignition timing. That is, the sub chamber valve may be closed at the end of the compression stroke.

【0030】副室バルブの開け時期は、具体的には、上
記副室バルブの閉じ時期との関係で決定すればよい。す
なわち、副室バルブを開いたとしても、直ちに副室内の
混合気と燃焼室内の混合気とを置換させることができな
い。この置換のためには、ある程度の時間が必要とな
る。しかし、余り早い時期に副室バルブを開いたときに
は、燃焼室の容積プラス副室の容積の下で圧縮行程が行
われることとなって、圧縮損失が大きくなる。
Specifically, the opening timing of the sub chamber valve may be determined in relation to the closing timing of the sub chamber valve. That is, even if the sub-chamber valve is opened, the air-fuel mixture in the sub-chamber cannot be immediately replaced with the air-fuel mixture in the combustion chamber. This replacement requires some time. However, when the sub chamber valve is opened too early, the compression stroke is performed under the volume of the combustion chamber plus the volume of the sub chamber, resulting in a large compression loss.

【0031】したがって、副室バルブの開き時期は、圧
縮行程に入った後(吸気弁を閉じた後)できるだけ遅く
且つ副室内の混合気を置換させるに必要な時間を確保で
きるタイミングとすればよく、この副室バルブの開き時
期は圧縮行程の中期ということになる。勿論、副室バル
ブの開き時期は最終的には実験により決定すればよい。
Therefore, the opening timing of the sub-chamber valve may be set as late as possible after the compression stroke (after closing the intake valve) and at the timing that can secure the time required to replace the air-fuel mixture in the sub-chamber. The opening timing of this sub-chamber valve is in the middle of the compression stroke. Of course, the opening timing of the sub chamber valve may be finally determined by an experiment.

【0032】尚、本発明に構造上近似した従来技術とし
て、特開昭54−116512号公報、特開昭54−9
80408号公報等に開示の副室付きエンジンがある。
この副室付きエンジンは、燃焼室に開口する副室と、該
副室の開口を開閉する副室バルブとを備えており、この
点では本発明と共通である。
As a conventional technique structurally similar to the present invention, Japanese Patent Laid-Open Nos. 54-116512 and 54-9 are available.
There is an engine with a sub chamber disclosed in Japanese Patent No. 80408.
This engine with a sub-chamber includes a sub-chamber that opens to the combustion chamber and a sub-chamber valve that opens and closes the opening of the sub-chamber, and this point is common to the present invention.

【0033】しかし、この副室付きエンジンは、特に低
負荷域において、吸気弁の閉じ時期に合わせて副室バル
ブを開けて、副室内の混合気を利用して(副室と燃焼室
との差圧を利用して)、燃焼室内に強いスワ−ルを生成
するようにしてある点で本発明と異なる。
However, in this engine with a sub-chamber, the sub-chamber valve is opened at the closing timing of the intake valve and the mixture in the sub-chamber is utilized (e.g. The present invention differs from the present invention in that a strong swirl is generated in the combustion chamber (using the differential pressure).

【0034】[0034]

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付した図面に基
づいて説明する。図3に示す符号1はエンジンで、エン
ジン1は、シリンダボア2に嵌挿されたピストン3によ
り画成された燃焼室4を有し、この燃焼室4に臨ませて
点火プラグ5が配設されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Reference numeral 1 shown in FIG. 3 is an engine, and the engine 1 has a combustion chamber 4 defined by a piston 3 inserted into a cylinder bore 2, and an ignition plug 5 is disposed so as to face the combustion chamber 4. ing.

【0035】また、燃焼室4には、吸気ポ−ト6と排気
ポ−ト7とが開口され、上記吸気ポ−ト6には吸気弁8
が配設され、上記排気ポ−ト7には排気弁9が配設され
て、これら吸気弁8と排気弁9とはエンジン出力軸(図
示せず)に同期して所定のタイミングで開閉される。
An intake port 6 and an exhaust port 7 are opened in the combustion chamber 4, and an intake valve 8 is provided in the intake port 6.
The exhaust port 7 is provided with an exhaust valve 9, and the intake valve 8 and the exhaust valve 9 are opened and closed at a predetermined timing in synchronization with an engine output shaft (not shown). It

【0036】上記吸気ポート6に連なる吸気通路10に
は、上流側から下流側に向けて、順に、エアクリーナ1
1、吸入空気量を検出するエアフローメータ12、スロ
ットル弁13が配設され、また前記吸気ポート6に臨ま
せて燃料噴射弁14が配設されている。すなわち、上記
エンジン1は、従来から知られているオット−サイクル
式のガソリン4サイクルエンジンとされている。
In the intake passage 10 connected to the intake port 6, the air cleaner 1 is provided in order from the upstream side to the downstream side.
1, an air flow meter 12 for detecting the intake air amount, a throttle valve 13 are provided, and a fuel injection valve 14 is provided so as to face the intake port 6. That is, the engine 1 is a conventionally known Otto-cycle gasoline 4-cycle engine.

【0037】図3において、符号15はコントロ−ルユ
ニットで、このコントロ−ルユニット15は例えばマイ
クロコンピュ−タで構成されて、既知のように、CP
U、ROM、RAM等を備えている。上記コントロ−ル
ユニット15には、センサ12、16、17からの信号
が入力される。上記センサ12は前述したように吸入空
気量を検出するものである。上記センサ16はスロット
ル弁13の開度、つまり負荷を検出するものである。上
記センサ17はエンジン回転数を検出するものである。
そして、上記コントロ−ルユニット15から点火プラグ
5及び燃料噴射弁14へ制御信号が出力される。
In FIG. 3, reference numeral 15 is a control unit, and this control unit 15 is composed of, for example, a micro computer, and as is known, CP
U, ROM, RAM, etc. are provided. Signals from the sensors 12, 16 and 17 are input to the control unit 15. The sensor 12 detects the intake air amount as described above. The sensor 16 detects the opening of the throttle valve 13, that is, the load. The sensor 17 detects the engine speed.
Then, a control signal is output from the control unit 15 to the spark plug 5 and the fuel injection valve 14.

【0038】上記コントロ−ルユニット15が行なう点
火プラグ5の制御、つまり点火タイミングの制御は従来
と同様であるので、その説明を省略する。他方、コント
ロ−ルユニット15が行なう燃料噴射弁14の制御、つ
まり噴射タイミング制御と噴射量制御のうち、噴射タイ
ミング制御については従来と同様であるので、その説明
を省略することとして、燃料噴射量の制御、つまり混合
気の空燃比制御は図4に示すようになっている。
Since the control of the ignition plug 5 performed by the control unit 15, that is, the control of the ignition timing is the same as the conventional one, the description thereof will be omitted. On the other hand, the control of the fuel injection valve 14 performed by the control unit 15, that is, of the injection timing control and the injection amount control, the injection timing control is the same as the conventional one. The control, that is, the air-fuel ratio control of the air-fuel mixture is as shown in FIG.

【0039】図4について説明すると、ラインAは当該
エンジン1のリ−ンポテンシャルを表わすものである。
すなわち、負荷が大きくなる程燃焼室4内へ投入される
燃料の供給量が多くなるため、空燃比のリ−ン限界は、
負荷が大きくなる程、大きくなる(負荷が大きくなる
程、より一層のリ−ン化が可能となる)。したがって、
ここでの空燃比制御は、吸気の増量が図れる領域(低負
荷域)では負荷に対応するリ−ンポテンシャルAまでリ
−ン化した目標空燃比を設定するようにしてある。
Referring to FIG. 4, the line A represents the lean potential of the engine 1.
That is, as the load increases, the amount of fuel supplied into the combustion chamber 4 increases, so the lean limit of the air-fuel ratio becomes
The larger the load, the larger the load (the larger the load, the more leaning is possible). Therefore,
In the air-fuel ratio control here, a target air-fuel ratio leaned to the lean potential A corresponding to the load is set in a region where the intake amount can be increased (low load region).

【0040】他方、負荷に応じた吸気の増量が不可能な
領域、つまり図4においてラインBで示すように吸気系
の能力を越えた高負荷域では、負荷に応じて燃料供給量
を多くすることによって、負荷に応じた出力を確保する
ようにしてある。したがって、この高負荷域では、負荷
が大きくなるに従って目標空燃比をリッチ化するように
してある。かかる目標空燃比と負荷との関係を図4のラ
インCで示してある。
On the other hand, in a region where the amount of intake cannot be increased according to the load, that is, in a high load region where the capacity of the intake system is exceeded as shown by line B in FIG. 4, the fuel supply amount is increased according to the load. By doing so, the output according to the load is secured. Therefore, in this high load range, the target air-fuel ratio is made richer as the load increases. The relationship between the target air-fuel ratio and the load is shown by line C in FIG.

【0041】図3に戻って、上記エンジン1は副室20
を有している。副室20はその副室ポ−ト20aが燃焼
室4に開口され、副室ポ−ト20aには副室バルブ21
が配設されて、上記高負荷域ではこの副室バルブ21に
よって副室ポ−ト20aが開閉され、低負荷域では副室
バルブ21によって副室ポ−ト20aが閉じられるよう
になっている。
Returning to FIG. 3, the engine 1 includes the sub chamber 20.
have. The sub chamber 20 has a sub chamber port 20a opened to the combustion chamber 4, and a sub chamber valve 21 is provided in the sub chamber port 20a.
The sub-chamber valve 20a is opened and closed by the sub-chamber valve 21 in the high load region, and the sub-chamber port 20a is closed by the sub-chamber valve 21 in the low load region. ..

【0042】上記高負荷域での副室バルブ21の開閉時
期の一例を図5に示す。図5から明らかなように、副室
バルブ21は、その閉じタイミングが点火タイミングと
同じABDC160degとされ、この閉じタイミング
よりも約70deg前に副室バルブ21が開かれるよう
になっている。尚、吸気弁8の閉じタイミングは上死点
経過後約50degとされている。
FIG. 5 shows an example of opening / closing timing of the sub chamber valve 21 in the high load range. As is apparent from FIG. 5, the closing timing of the sub chamber valve 21 is set to ABDC 160 deg, which is the same as the ignition timing, and the sub chamber valve 21 is opened about 70 deg before this closing timing. The closing timing of the intake valve 8 is about 50 deg after the top dead center has passed.

【0043】以上の構成により、圧縮行程で開閉される
副室バルブ21によって燃焼室4内の混合気は、その一
部が副室20に閉じ込められ、この副室20で冷やされ
て、次の圧縮行程では副室20で冷やされた混合気が燃
焼室4内の混合気の一部と置換されることになる。
With the above-mentioned structure, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 is closed in the sub-chamber 20 by the sub-chamber valve 21 which is opened and closed in the compression stroke, cooled in the sub-chamber 20, and the next mixture is cooled. In the compression stroke, the air-fuel mixture cooled in the sub chamber 20 is replaced with a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4.

【0044】これにより、高負荷域において、燃焼室4
内の混合気の温度(筒内温度)は、副室20を有しない
通常のエンジンに比べて低下することとなり、当該高負
荷域におけるエンジン1の熱効率は向上する。
As a result, in the high load region, the combustion chamber 4
The temperature of the air-fuel mixture inside (in-cylinder temperature) is lower than that of a normal engine that does not have the sub chamber 20, and the thermal efficiency of the engine 1 in the high load range is improved.

【0045】また、高負荷域で筒内温度が低下するとい
うことは、ノッキング対策にとっても有利であり、エン
ジン1の圧縮比を高圧縮比に設定することが可能とな
る。
Further, the fact that the in-cylinder temperature decreases in the high load region is also advantageous as a countermeasure against knocking, and the compression ratio of the engine 1 can be set to a high compression ratio.

【0046】リ−ンバ−ンと高圧縮比との関係を説明す
ると、エンジン1の圧縮比を高くすると、低圧縮比エン
ジンよりも、あらゆるクランク角においてシリンダ容積
が小さくなるため、投入する燃料の供給量が同じであれ
ば、燃焼室4内の燃料分子密度が大きくなり着火性及び
燃焼性が向上することになる。したがって、同じ空燃比
であるならば、高圧縮比化するだけで熱効率が向上する
が、更に一層のリ−ン化が可能となる。
Explaining the relationship between the lean burn and the high compression ratio, when the compression ratio of the engine 1 is increased, the cylinder volume becomes smaller at every crank angle than that of the low compression ratio engine. If the supply amount is the same, the fuel molecule density in the combustion chamber 4 increases and the ignitability and combustibility are improved. Therefore, if the air-fuel ratio is the same, the thermal efficiency is improved only by increasing the compression ratio, but further leaning is possible.

【0047】以上のことから、高負荷域において、副室
20による筒内温度の低下に基づく熱効率の向上に加え
て、高圧縮比化による低負荷域での一層の熱効率及び一
層のリ−ン化による熱効率の向上を図ることができる。
From the above, in the high load range, in addition to the improvement of the thermal efficiency due to the decrease of the in-cylinder temperature by the sub chamber 20, the higher compression ratio results in the higher heat efficiency and the leaner range in the low load range. It is possible to improve the thermal efficiency by increasing the temperature.

【0048】以上、本発明の一実施例を説明したが、本
発明は上記実施例に限定されることなく、以下の変形例
を包含するものである。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and includes the following modifications.

【0049】(1)従来の空燃比制御、つまり図6に示
すように、低負荷域では目標空燃比を所定のリ−ン空燃
比に設定する一方で、高負荷域では負荷に応じて空燃比
をリッチ化する場合に、当該高負荷域で副室20を利用
して筒内温度を低下させるようにしてもよい。
(1) Conventional air-fuel ratio control, that is, as shown in FIG. 6, the target air-fuel ratio is set to a predetermined lean air-fuel ratio in the low load range, while the target air-fuel ratio is set in the high load range according to the load. When enriching the fuel ratio, the sub-chamber 20 may be used in the high load range to lower the in-cylinder temperature.

【0050】(2)前記実施例において、低負荷域での
目標空燃比をリ−ン限界に応じて段階的に設定するよう
にしてもよい。
(2) In the above embodiment, the target air-fuel ratio in the low load range may be set stepwise according to the lean limit.

【0051】(3)前記実施例及び上記変形例におい
て、高負荷域で副室20を用いるようにしたが、低負荷
域において、特開昭54−116512号公報に開示の
ように、副室20を利用して燃焼室4内に強いスワ−ル
を生成するようにしてもよい。この場合、副室バルブ2
1の開閉タイミングを可変とし、低負荷域では吸気弁8
を閉じた直後に副室バルブ21を開くようにするのが好
ましい。
(3) In the above-mentioned embodiment and the modified example, the sub-chamber 20 is used in the high load range. However, in the low load range, the sub-chamber is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 54-116512. 20 may be used to generate a strong swirl in the combustion chamber 4. In this case, the sub chamber valve 2
The opening / closing timing of 1 is variable, and the intake valve 8
It is preferable to open the sub chamber valve 21 immediately after closing the valve.

【0052】(4)エンジン1に過給機を備えたものに
対しても本発明を適用することができる。すなわち、過
給機付きエンジンの場合には、過給機の過給能力を越え
た高負荷域で副室20を利用して筒内温度を低下させれ
ばよい。この変形例によれば、過給圧を極めて大きくし
たエンジンに対してノッキング対策としても有効であ
る。
(4) The present invention can be applied to the engine 1 equipped with a supercharger. That is, in the case of an engine with a supercharger, the in-cylinder temperature may be lowered by using the sub chamber 20 in a high load range exceeding the supercharging capacity of the supercharger. According to this modified example, it is also effective as a knocking countermeasure for an engine having an extremely large boost pressure.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、低負荷域でのリ−ン空燃比による熱効率の向
上及び高負荷域での副室を利用した筒内温度の低下によ
る熱効率の向上によって全領域での熱効率を向上するこ
とができる。加えて、高負荷域でのノッキング問題が筒
内温度の低下によって低減するため、エンジンの圧縮比
を高圧縮比化することができ、この圧縮比の面からも熱
効率を向上することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the thermal efficiency is improved by the lean air-fuel ratio in the low load region, and the in-cylinder temperature is lowered in the high load region by utilizing the sub chamber. By improving the thermal efficiency due to, it is possible to improve the thermal efficiency in the entire region. In addition, since the knocking problem in the high load region is reduced by the decrease in the in-cylinder temperature, the compression ratio of the engine can be increased, and the thermal efficiency can be improved in terms of this compression ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】混合気の比熱(定容比熱)と温度との関係を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between specific heat (constant volume specific heat) of mixture and temperature.

【図2】エンジンの代表的な指圧線図。FIG. 2 is a typical acupressure diagram of an engine.

【図3】実施例にかかるエンジンの概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of an engine according to an embodiment.

【図4】実施例にかかるエンジンの空燃比制御の内容を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the content of air-fuel ratio control of the engine according to the embodiment.

【図5】副室バルブの開閉時期の一例を示す図。FIG. 5 is a view showing an example of opening / closing timing of a sub chamber valve.

【図6】エンジンの空燃比制御の従来例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of engine air-fuel ratio control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 3 ピストン 4 燃焼室 5 点火プラグ 8 吸気弁 12 エアフロ−メ−タ 14 燃料噴射弁 15 コントロ−ルユニット 16 スロットル開度センサ 20 副室 20a 燃焼室に開口する副室ポ−ト 21 副室バルブ 1 Engine 3 Piston 4 Combustion Chamber 5 Spark Plug 8 Intake Valve 12 Air Flow Meter 14 Fuel Injection Valve 15 Control Unit 16 Throttle Opening Sensor 20 Sub Chamber 20a Sub Chamber Port 21 Sub Chamber Valve Opening to Combustion Chamber

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 エンジンに供給される混合気の空燃比
を、低負荷域では理論空燃比よりもリ−ンに設定する一
方で、高負荷域では、負荷が大きくなる程、燃料の混合
比率を大きくすることによって負荷に応じた出力を確保
するようにしたエンジンであって、 前記エンジンの本体に形成され、燃焼室に開口する副室
と、 該副室の開口を開閉する副室バルブと、を備え、 前記副室バルブは、少なくとも前記高負荷域において、
圧縮行程の中期に開弁され、圧縮行程の終期ないし爆発
行程の初期の間に閉弁される、ことを特徴とするエンジ
ン。
Claims: 1. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the low load region, while the load becomes large in the high load region. In the engine, the output corresponding to the load is secured by increasing the fuel mixing ratio, and a sub-chamber formed in the main body of the engine and opening to the combustion chamber and an opening of the sub-chamber are provided. And a sub-chamber valve that opens and closes, wherein the sub-chamber valve is at least in the high load region,
An engine that is opened in the middle of the compression stroke and closed during the end of the compression stroke or the beginning of the explosion stroke.
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